CN106435274A - 一种锌合金粉末及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锌合金粉末及其制备方法和应用，按照质量百分比，该锌合金粉末的组成为：4.5～12.5％的Al，1.5～4.5％的Mg，0.0～0.2％的Ce或La，0.0～1.0％的In或Bi，余量为Zn；其制备方法为：按照锌合金粉末的各元素质量百分比，将铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈或镧、铟或铋加入真空熔炼炉进行熔炼，获得锌合金熔液，然后将锌合金熔液经过处理，通过蒸馏法或雾化法得到锌合金粉末，所述锌合金粉末的粒径为0.1～25μm。本发明的锌合金粉末与纯锌粉末相比，具有高电负性、低自腐蚀速率、高阴极保护电流效率。
Description
技术领域
本发明属于有色金属粉末材料技术及涂料应用领域，具体涉及锌合金粉末材料技术，主要用于防腐蚀涂料的防腐蚀添加原料。
背景技术
含锌的防腐蚀涂料称为富锌涂料，它作为钢铁建筑物或装备的防腐蚀底漆，为钢铁提供电化学阴极保护、屏蔽隔离、钝化缓蚀保护，具有防腐蚀效果好、涂装便利、成本低等特点。鉴于对钢结构防腐蚀等级和防腐蚀使用寿命更高的要求，提高富锌底漆涂料防腐蚀质量成为关键。为了进一步提高锌粉的牺牲阳极效能和屏蔽功能，超细、超纯、片状、合金化等成为锌粉的研究热点，中国专利CN102029398A公开了Zn≥99.99％的超纯锌粉，德国爱卡和我国很多企业近年研究和生产片状锌粉，CN104972108A还公开了1～100nm的细锌合金粉末，此锌合金包含添加少量镍、钴、锑和微量铟、铋、铝、钙和稀土镧、钆等。
作为钢铁防腐蚀的热浸镀锌技术近年发展迅速，在锌合金化方面，以ZnAl、ZnAlMg、ZnAlMgSi的热浸镀钢板获得较好的发展和应用，钢板经酸洗除锈后浸入高温熔融的锌合金熔池后取出，经高速气刀喷吹多余的锌合金熔体后冷却形成热浸镀锌合金钢板，经研究以ZnAlMg合金热镀钢板具有优良的防腐蚀性能。
为了拓展热浸镀锌合金的应用范围，中国专利CN103375658A公开了以ZnAl、AlMg合金等丝材，经电弧喷涂形成伪合金ZnAlMg涂层，期望对钢结构进行防腐蚀保护。
大型钢结构桥梁、舰船、码头设施等各类大型户外钢结构的长效防腐蚀保护，鉴于热浸镀锌合金防腐蚀工艺的局限，电弧喷涂锌铝镁合金丝材拉拔的难度，提高富锌涂料防腐蚀质量相对更加实际和便于科学实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种锌合金粉末，以高电负性、低自腐蚀速率、高阴极保护电流效率的锌合金粉末代替锌粉，为防腐蚀涂料提供优良防腐蚀原料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种锌合金粉末，按照质量百分比，其组成为：4.5～12.5％的Al，1.5～4.5％的Mg，0.0～0.2％的Ce或La，0.0～1.0％的In或Bi，余量为Zn；所述锌合金粉末的粒径为0.1～25μm。
进一步的，所述锌合金粉末的金相组织为Zn、Al、ZnMg2三元共晶，富Zn相、富Al相和ZnMg2合金相。
进一步的，所述锌合金粉末的腐蚀电位≤-1250mv，在质量浓度3.5％的NaCl水溶液中的自腐蚀速率和自腐蚀电流密度分别为0.0153～0.0287g/h.m2和1.31～1.86μA.cm-2，是纯锌的1/15～1/8和1/30～1/21，对钢铁的阴极保护电流效率为80％以上，是纯锌阳极的1.3倍以上。
本发明的另一个目的是提供一种上述锌合金粉末的制备方法，技术方案如下：
一种锌合金粉末的制备方法，按照锌合金粉末的各元素质量百分比，将铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈或镧、铟或铋加入真空熔炼炉进行熔炼，获得锌合金熔液，然后将锌合金熔液经过处理，得到锌合金粉末。
进一步的，进行熔炼时，真空熔炼炉的温度为690～710℃
进一步的，所述锌合金熔液的处理步骤可采用以下两种方式：
其中一种锌合金熔液的处理方法为：进行熔炼后，将真空熔炼炉的锌合金熔液通入蒸发炉，获得锌合金蒸汽，经冷凝器冷却为锌合金粉末。
锌合金蒸汽进行冷却时，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
另外一种锌合金熔液的处理方法为：进行熔炼后，将真空熔炼炉的锌合金熔液，经高速氩气喷吹雾化，冷却后获得锌合金粉末。
喷吹雾化时，氩气压力不低于0.8Mpa，氩气喷吹方向与锌合金熔液流动方向呈一定角度，其范围在30～150度，氩气以50～400m/s速度喷吹高温锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
本发明还提供了上述的锌合金粉末的用途，该锌合金粉末用于富锌涂料的锌粉防腐蚀添加剂的替代剂。
本发明的有益效果是：本发明的锌合金粉末与纯锌粉末相比，具有高电负性、低自腐蚀速率、高阴极保护电流效率。所述的锌合金Al元素有利于抑制锌的自腐蚀速率和锌合金的钝化，Mg元素有利于降低锌的电极电位，提高阴极保护驱动力，微量的Ce或La抑制锌合金晶粒长大，少量In或Bi便于阳极活性恢复。
本发明的锌合金粉末为防腐蚀涂料提供优良防腐蚀原料，替代富锌涂料内的锌粉，获得比超纯锌粉、超细锌粉、片状锌粉的含锌涂料更耐腐蚀的效果。
具体实施方式
下面结合一些具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈、铟，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比为Al 5.5％,Mg 2.8％,Ce 0.05％,In 0.4％,其它不大于0.1％，余量为Zn的高温锌合金熔液，将高温锌合金熔液通入蒸发炉获得锌合金蒸汽，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例2：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈、铟，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比为Al 6.3％,Mg 2.5％,Ce 0.02％,In 0.5％,其它不大于0.1％，余量为Zn的高温锌合金熔液，用高纯氩气以400m/s超音速速度喷吹高温锌合金熔液，氩气压力不低于0.8Mpa，并以90度角度喷吹锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例3：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 6.2％,Mg 2.8％,La 0.08％,Bi 0.6％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，将高温锌合金熔液通入蒸发炉获得锌合金蒸汽，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例4：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 5.8％,Mg 2.8％,La 0.08％,Bi 0.6％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，用高纯氩气以200m/s高速喷吹高温锌合金熔液，氩气压力不低于0.8Mpa，并以70度角度高速喷吹锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例5：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈、铟，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 10.5％,Mg 2.9％,Ce 0.06％,In 0.8％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，将高温锌合金熔液通入蒸发炉获得锌合金蒸汽，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例6：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈、铟，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 11.5％,Mg 3.1％,Ce 0.07％,In 0.9％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，用高纯氩气以100m/s高速喷吹高温锌合金熔液，氩气压力不低于0.8Mpa，并以80度角度高速喷吹锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例7：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 10.2％,Mg 2.9％,La 0.03％,Bi 0.3％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，将高温锌合金熔液通入蒸发炉获得锌合金蒸汽，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例8：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 9.8％,Mg 2.4％,La 0.09％,Bi 1.0％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，用高纯氩气以80m/s高速喷吹高温锌合金熔液，氩气压力不低于0.8Mpa，并以90度角度高速喷吹锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例9：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 4.5％,Mg4.0％,La 0.2％,In 0.01％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，用高纯氩气以60m/s高速喷吹高温锌合金熔液，氩气压力不低于0.8Mpa，并以75度角度高速喷吹锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例10：
按比例计量铝合金、镁合金、锌、铝、镁、镧、铋，在真空炉熔690～710℃炼出质量百分比Al 12.5％,Mg 2.0％,Ce 0.01％,Bi 1.0％,其它不大于0.1％，余量为Zn的锌合金高温熔液，将高温锌合金熔液通入蒸发炉获得锌合金蒸汽，冷凝器内按2～9m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
实施例1-10制备的锌合金粉末可以为防腐蚀涂料提供优良防腐蚀原料，替代富锌涂料内的锌粉，获得比超纯锌粉、超细锌粉、片状锌粉的含锌涂料更耐腐蚀的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锌合金粉末，其特征在于：按照质量百分比，其组成为：4.5～12.5％的Al，1.5～4.5％的Mg，0.0～0.2％的Ce或La，0.0～1.0％的In或Bi，余量为Zn；所述锌合金粉末的粒径为0.1～25μm。
2.根据权利要求1所述的锌合金粉末，其特征在于：所述锌合金粉末的金相组织为Zn、Al、ZnMg2三元共晶，富Zn相、富Al相和ZnMg2合金相。
3.根据权利要求1所述的锌合金粉末，其特征在于：所述锌合金粉末的腐蚀电位≤-1250mv，在质量浓度3.5％的NaCl水溶液中的自腐蚀速率和自腐蚀电流密度分别为0.0153～0.0287g/h.m2和1.31～1.86μA.cm-2，阴极保护电流效率为80％以上。
4.一种权利要求1所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：按照锌合金粉末的各元素质量百分比，将铝合金、镁合金、锌、铝、镁、铈或镧、铟或铋加入真空熔炼炉进行熔炼，获得锌合金熔液，然后将锌合金熔液经过处理，得到锌合金粉末。
5.根据权利要求4所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：进行熔炼时，真空熔炼炉的温度为690～710℃。
6.根据权利要求4所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：所述锌合金熔液的处理步骤为以下两种方法的一种：
(1)进行熔炼后，将真空熔炼炉的锌合金熔液通入蒸发炉，获得锌合金蒸汽，经冷凝器冷却为锌合金粉末；
(2)进行熔炼后，将真空熔炼炉的锌合金熔液，经高速氩气喷吹雾化，冷却后获得锌合金粉末。
7.根据权利要求6所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：所述方法(1)中，锌合金蒸汽进行冷却时，冷凝器内按2～40m/s速度通入N2，控制冷凝器内温度130～150℃，N2出口温度40～80℃，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
8.根据权利要求6所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：所述方法(2)中，喷吹雾化时，氩气压力不低于0.8Mpa，氩气喷吹高温锌合金熔液，使高温锌合金熔液雾化成微液滴，经冷凝器冷却，烘干和筛分成为合格粒径锌合金粉末。
9.根据权利要求8所述的锌合金粉末的制备方法，其特征在于：氩气喷吹方向与锌合金熔液流动方向呈一定角度，其范围在30～150度，氩气以50～400m/s速度喷吹高温锌合金熔液，使其雾化为不同粒径液滴。
10.权利要求1所述的锌合金粉末用于富锌涂料的锌粉防腐蚀添加剂的替代剂。
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